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目前，除去工業(yè)、汽車(chē)排放等人類(lèi)活動(dòng)，全球主要溫室氣體約有30%來(lái)源于農(nóng)業(yè)。溫室氣體包括甲烷、二氧化碳、氧化亞氮等，這些氣體進(jìn)入大氣后會(huì)導(dǎo)致氣候變暖，從而造成災(zāi)害頻發(fā)。甲烷是位于二氧化碳之后的第二大溫室氣體，對(duì)全球溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率為20%，其中稻田排放的甲烷約占人為甲烷排放總量的11%。另外，稻田還是氧化亞氮的主要排放源之一，氧化亞氮是第三大溫室氣體，對(duì)全球溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率為6%～8%。這些數(shù)據(jù)表明，水稻或多或少與氣候變暖有關(guān)，但是以水稻產(chǎn)生的溫室氣體分量來(lái)看，又未必是導(dǎo)致全球變暖的主要原因。最近，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表于《環(huán)境研究通訊》上的一篇論文指出，中國(guó)水稻的種植北界在30年的時(shí)間內(nèi)向北方的高緯度地區(qū)遷移了近25千米。導(dǎo)致這一變化的主要原因是全球變暖?，F(xiàn)在科學(xué)界的主流意見(jiàn)認(rèn)為，人類(lèi)活動(dòng)應(yīng)對(duì)全球變暖問(wèn)題負(fù)主要責(zé)任，同時(shí)，種植水稻可能是導(dǎo)致全球變暖的原因之一。 中國(guó)的水稻無(wú)論是種植面積還是產(chǎn)量，都高于小麥和玉米，這也符合中國(guó)有超過(guò)一半人口主要吃大米的飲食習(xí)慣。不過(guò)，水稻種植北界向北遷移顯然不應(yīng)由水稻承擔(dān)主要責(zé)任，因?yàn)槿祟?lèi)的工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)排放和其他人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候變暖的影響更大。但是，水稻種植北移涉及糧食安全，是福還是禍，在短時(shí)間內(nèi)難以判斷，但至少應(yīng)當(dāng)引起關(guān)注。此前，由于氣候變化，其他農(nóng)作物也出現(xiàn)了種植區(qū)域向北方高寒地區(qū)遷移的情況。不過(guò)，這些研究有的是采用氣象模擬條件作為參數(shù)，有的是采用水稻分布情況分析水稻種植可能向北遷移，但都難以得出現(xiàn)實(shí)中的水稻種植區(qū)域向北遷移的真實(shí)情況。此次中國(guó)研究人員發(fā)表的論文采用了更能反映真實(shí)情況的研究方法。研究團(tuán)隊(duì)使用中高空間分辨率遙感影像反演的長(zhǎng)時(shí)間序列水稻時(shí)空分布數(shù)據(jù)集，利用核密度估計(jì)算法提取并定量分析了水稻種植北界的分布及演變規(guī)律，得出了中國(guó)水稻種植實(shí)際向北遷移的結(jié)論。具體情況為，在過(guò)去30年間，中國(guó)水稻種植北界向高緯度地區(qū)平均遷移了24.93千米，最大遷移距離為88.01千米；向高海拔地區(qū)平均遷移了39.15米，最大遷移距離為117.08米。
水稻種植北界向北擴(kuò)展有多種原因，如收益、農(nóng)業(yè)政策、灌溉條件、旱育稀植技術(shù)等，但對(duì)水稻種植北界區(qū)域水稻擴(kuò)張起主要作用的是氣溫增高，平均溫度每升高1%，水稻種植北界區(qū)域的水稻種植面積將增加2.24%。從表面上看，水稻種植面積擴(kuò)大是一件好事，因?yàn)榉N植面積擴(kuò)大，水稻的產(chǎn)量也會(huì)增加，能為更多的人提供食糧，因此對(duì)于糧食安全有益。氣候變化不只影響中國(guó)，也影響到其他國(guó)家的水稻種植，如果這種情況在全球都一樣，也會(huì)增加全球的水稻種植面積。這對(duì)于全球以大米為主食的35億人也是一件大好事。但是，另一方面，氣溫升高，也有可能造成水稻減產(chǎn)和水稻品質(zhì)降低，這一漲一消之間，可能會(huì)抵消水稻種植面積向北擴(kuò)增帶來(lái)的收益。即便水稻排出的溫室氣體對(duì)全球變暖只有少量的作用，也不應(yīng)當(dāng)忽視。在水稻產(chǎn)量越來(lái)越高并能較好解決人們吃飯問(wèn)題時(shí)，下一個(gè)要考慮的目標(biāo)就是減少水稻的溫室氣體排放。這對(duì)于提高水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量都有益處，也能對(duì)糧食安全做出進(jìn)一步貢獻(xiàn)。解決之道仍在于科學(xué)，方法之一是種植節(jié)水水稻。2019年，上海市農(nóng)科院生態(tài)研究團(tuán)隊(duì)和上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心針對(duì)安徽省亳州、蚌埠、滁州、淮南、合肥、安慶、銅陵7個(gè)地區(qū)種植的節(jié)水抗旱稻進(jìn)行了兩年的碳減排效益評(píng)估。結(jié)果表明，傳統(tǒng)水稻種植模式改為節(jié)水抗旱稻旱管種植模式后，稻田主要溫室氣體成分甲烷的排放量降低97%。雖然水稻的淹灌式種植改為旱管種植模式后，另一種溫室氣體氧化亞氮的排放略有增加，但綜合溫室氣體（包括甲烷和氧化亞氮）減排達(dá)92%。實(shí)驗(yàn)證明，在確保水稻產(chǎn)量的前提下，該模式是目前已知稻田甲烷減排效果最好的方法。解決方法之二是改良水稻種子。把其他作物的基因轉(zhuǎn)移到水稻中，可能既減少水稻的碳排放，又能提高水稻產(chǎn)量并增加稻米的營(yíng)養(yǎng)。中國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)，把大麥的基因SUSIBA2轉(zhuǎn)移到水稻中，就能起到這種作用。將SUSIBA2基因轉(zhuǎn)移至水稻后，這一基因在水稻中的表型明顯，不僅實(shí)現(xiàn)了稻粒淀粉含量升高，顆粒飽滿(mǎn)，還大幅度降低了水稻種植過(guò)程中的甲烷排放。這是第一種既高產(chǎn)又能降低甲烷排放的大米，為稻田溫室氣體排放問(wèn)題提供了可持續(xù)的解決方案。依靠科學(xué)，可以既解決全球人口的吃飯問(wèn)題，也可以減少種植水稻造成的溫室氣體排放，熊掌和魚(yú)也可兼得。本文節(jié)選自《百科知識(shí)》2021.10A
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